RTOS s aplikačním rozhraním Win32 API Ing.Petr Štefka Ing.Ladislav Reisner dataPartner s.r.o.

dataPartner s.r.o. dodavatel softwarových řešení

Program přednášky Vývojové trendy a možnosti hardware Zpětný vliv na software OS reálného času PharLap ETS Charakteristika ETS RTX - doplněk reálného času pro Windows Charakteristika RTX Schéma implementace RTX Klíčové technické momenty Nástroje pro vývoj aplikací Provoz a výsledky Příklady aplikací Ukázka RTX

Vývojové trendy a možnosti hardware Zvyšování výkonu – dostupný 1GHz Snižování nároků na prostředí – odolnost Snižování cen – běžná dosažitelnost Unifikace, integrace – jednodeskové CPU

Zpětný vliv na software Rozhraní Win32 API jako sjednocující standard na všech úrovních aplikací Vyspělé informační technologie přímo do procesu řízení –> embedded CPU Výkonné programovací techniky blíže technologii Složité výpočty Distribuované řídící prostředky Moderní vizualizace Datová úložiště

Zpětný vliv na software Zabudované (embedded) aplikace Řídící jednotky Průmyslová automatizace, Medicínské aplikace, Řízení strojů Nenáročné CPU, s vysokou spolehlivostí Malé rozměry Nízká spotřeba Cenově dostupné

Zpětný vliv na software Aplikace reálného času Řídící a monitorovací aplikace Průmyslová automatizace, Telekomunikace Testy a měření, Medicínské aplikace, Simulace a mnohé další Deterministické plánování a reakční časy Programový multitasking Reakční doby v nejhorším případě pod 50 µs Vysoký výkon přepínání programových vláken pod 1 µs

OS reálného času PharLap ETS Pevný reálný čas Deterministický plánovač úloh 32 úrovní priority Jednoprocesní, mnohovláknový OS Má všechny podstatné rysy Win32 Vývoj aplikací v prostředí MS Visual C++

Charakteristika ETS Pevný reálný čas Prioritami řízené jádro, Souběžné zpracování úloh – vlákna (threads) Deterministický plánovač Subsystémy jádra ETS TCP/IP ETS Micro Web pošta SMTP DOS kompatibilní souborový systém Zavaděče knihoven DLL Emulátor plovoucí řádové čárky Grafické uživatelské rozhraní Je optimální pro embedded aplikace Přístupové funkce na I/O porty Strukturovaná organizace výjimek Nejnovější jazykové vlastnost C++ Embedded StudioExpress Nadřazený křížový debugger v HW RTOS Režimy WaitHost / NoWaitHost Výpisy na obrazovku Hosta / Klienta Jádro RTOS využívá část API Flexibilní ladění prototyp aplikace lze přímo ladit ve Windows kompatibilita se systémy Windows Programové nástroje Embedded Studio Express Spojovací program LinkLoc Visual System Builder

Charakteristika ETS Síťová podpora s TCP/IP Systém souborů WinSock 1.1 Multihoming Ethernet + protokoly PPP a SLIP MicroWeb Server Systém souborů FAT 8, 16, 32 FTP protokol Knihovny dll Sada Win32 API Multithreading Synchronizační objekty Strukturované výjimky

RTX – Doplněk reálného času pro Windows Přidává do Windows subsystém reálného času Nezávislý plánovač vláken v RTSS běží před všemi přerušeními a před vykonáváním vláken Windows RTSS poskytuje vysoce-rychlostní a deterministické reakce Žádné změny v jádře, v HAL-u ani v ovladačích Doplněk HAL-u o reálný čas pro izolaci přerušení, rychlé časovače a zachycení STOP stavu jádra OS RTX podporuje volání RtWinAPI a Microsoft Visual Studio IDE

Charakteristika RTX Služby a aplikace Windows Aplikace s RTX Mohou startovat v průběhu boot-u (sekundy po obrazovce loga) Při stavu Windows STOP mohou být avizovány a pokračovat dál Zajišťuje IPC mezi procesy Win32 a RTSS 128 úrovní priorit – nastavitelné časové kvantum na vlákno Pracuje s XP Power Management a PnP Podpora ACPI (Advanced Configuration Power Interface), pro multiprocesorové i standardní platformy PC Podpora multiprocesorů (vyhrazené nebo sdílené RTSS) Služby a aplikace Windows Společný uživatelský interface a síťová konektivita Levné platformy a bohatá podpora OS

Schéma implementace RTX Windows XP Jádro a Ovladače zařízení Windows HAL Ovladač RTX Subsystém Win32 Proces RTX.DLL Proces Win32 s RTX a IPC RTX Real-time doplněk HAL-u IA32 PC – UP nebo MP Hardwarová platforma LPC Real-time proces 1 proces N … RTX RTSS (RtWinAPI) TCP/IP DLL Uživatel.

Schéma implementace RTX detaily Thread Manager Server & Klienti LPC Synchro & Metody IPC Zpracování RtWinAPI & Správa Objektů Podpora RTX pro Win32 Memory, File IO, PnP & Interrupt, Power Manager Exception Interrupt Do fronty RTSS Hodiny, Časovače & Přerušení Fronty XP Podpora ostatních RtWinAPI Prostředí RTSS Prostředí XP Proces, Heap & Paměť

Klíčové technické momenty Možné zdroje dlouhé reakční doby Hardware Dlouho trvající přístup k zařízení „busy-wait“ (zabírá procesor) Dlouho trvající obsazení sběrnice (paměťový konflikt) Power management (metody non-ACPI) BIOS-em prováděný System Management Mode (SMM) Software CLI – Zákaz přerušení, vydaný na procesorové úrovni (kritický kód) WBINVD – Cache write-back (vyrovnávání video paměti)

Klíčové technické momenty Hooking Zachycené přerušení jádro-HAL nebo volání časovače Dlouhotrvající spin-locks a kritický kód Sdílení zdrojů (resource) mezi Windows a RTX Alokace paměti Inventarizace a správa sběrnic zařízení Přidělování přerušení – PnP, PCI Bus, ISA Bus Windows a RTX nemohou sdílet vektory přerušení Omezení sledu přerušení na PCI (pro více než 4 zařízení)

Nástroje pro vývoj aplikací Visual Studio IDE „plug-in“ Wizard pro aplikace/ovladače RTX Standardní C/C++ kompilátor a knihovny pro exekutivu Hlavičkové soubory a knihovny pro RtWinAPI „plug-in“ Debugger RTX na zdrojové úrovni Real-time Object Viewer Real-time TimeView (trasování sekvencí) Quick Timer Latency Display Platform Evaluator

RTX – RTSS Object Viewer

RTX TimeView Nástroj na trasování událostí pro vývojáře a OEM Události přerušení a časovače Přepínání kontextu vláken a synchronizační události Systémová volání aplikací a uživatelsky definované události Definovatelné přepínače trasování, filtry událostí Textový výstup, nebo … GUI pro vizualizaci Graf systémového časování Statistika přepínání vláken Zoom stupnice časové osy

Timer Latency Display

Provoz a výsledky Porovnání IPC Win32 a doby přepínání vláken pro Windows XP, CE 3.0 a RTX 5.1 Příklad TCP/IP – měření doby přenosu paketu datagramu, tam a zpět (“round trip”), mezi dvěma počítači 1.případ: Z Windows NT do Windows NT, s použitím standardního stack-u TCP/IP Windows NT 2.případ: Z RTX do RTX, s použitím stack-u embedded Treck TCP/IP

Výsledky přepínání vláken Doby reakcí vlákna na zatíženém CPU Pentium III 800 (Min/Max v µsec) Operace Win XP CE 3.0 RTX 5.1 SetEvent (bez přepnutí) 1.04 / 5000+ 1.49 / 7.20 0.29 / 2.71 ® SetEvent WFSO 1.38 / 5000+ 2.46 / 10.7 0.60 / 2.96 ® ReleaseMutex WFSO 1.49 / 5000+ 3.51 / 10.5 0.70 / 3.26 ® ReleaseSemaphore WFSO 1.39 / 5000+ 3.00 / 9.40 0.61 / 3.43 Přepínání úloh „Yield“ 1.11 / 5000+ 1.32 / 8.34 0.33 / 3.37 Změna priority 1.31 / 5000+ 1.41 / 8.96 0.56 / 3.81 Reakční doba IST reakce vlákna obsluhy přerušení 4.3 / 5000+ 4.3 / 26 2.0 / 19 POZNÁMKY: 1) Maximální hodnoty zahrnují režii časovače přerušení. 2) Windows XP prioritně nepodporují vlastnictví konkurenčních mutexů vláknem. 3) Výsledky CE jsou lehce ovlivněny zátěží od GUI.

Výsledky TCP/IP

Přínos použití reálného času pro tvorbu aplikací Řídící systémy reálného času s velkým rozlišením Systémy pokročilého řízení Velmi rychlé řídící systémy Systémy pro sběr dat v reálném čase Simulační systémy s velkým rozlišením Přesné řídící systémy Přesné detekční systémy

Příklady aplikací: Letecký simulátor Požadavky na systém GUI Windows pro administraci Deterministická síťová konektivita do simulační WAN Přehled, pokud se vyskytnou simulované události Přehled nad časovými posloupnostmi prováděných úkonů Rychlý uživatelský vstup pro ovládání Řídící platforma pohonu tvarové řezačky Schopnost I/O operací v reálném čase, pro přesné ovládání stroje Řízení a síťové začlenění do infrastruktury rozhodování VP Konektivita USB pro velkou rozmanitost periferních doplňků

Architektura příkladů Optimalizované řízení pohonu v reálném čase Logika řízení Simulací Deterministický síťový interface Interface ovládacích přístrojů uživatele RTX XP GUI pro Administraci Připojení do sítě Windows USB Plug-N-Play Grafické programy DirectDraw 8 XP Embedded IPC

Distribuovaný řídící systém DisCo® Společné použití Win32 API Windows Embedded+RTX PharLap ETS Datový a aplikační objektový model Návrh a údržba datových modelů Studio DisCosuite Studio DisCO Embedded Konstrukční data v relační databázi Objekty generované pomocí builderů Persistentní objekty pro run-time Jedinečná identifikace objektů Typové objekty – PATERNY Data, Command, Event Builder, Manager, Scheduler,Supervisor, Observer

Ukázka RTX SRTM (System Response Time Measurement) Zobrazení reakčního času Ukázka reakčních dob Ukázka efektu “cache jitter”, vyvolaného GUI Kompilování a spuštění jednoduchého programu v C Ukázka kompilace, linkování a spuštění Ukázka práce s „Object Viewer“ Ukázka práce s debugger-em

Diskuse Cena ? Jedna licence pro školství 50% Deset licencí pro školství 20% z komerční ceny Otázky a poznámky? Získejte zdarma zkušební verzi RTX 5.5 na www.vci.com Navštivte prosím www.datapartner.cz pro podrobnější informace o RTX

Děkujeme za pozornost